基于CDIO教育理念的機器人工程專業人才培養模式探索

涂細凱 　李佳璐　王一舉

摘 要 機器人工程專業是在目前新工科背景下應用而生的新型應用型專業，從CDIO教育理念的角度，將學生學習的主動性作為出發點，并對機器人工程專業人才需求進行了分析，結合行業需求以及人才需求，對機器人工程專業人才培養模式進行了探究，在掌握基礎專業知識的前提下，從項目實踐中進一步促進學生自主學習能力、創新能力，激發學生的學習興趣，從而培養更具有行業競爭力的創新型人才。

關鍵詞 機器人工程 新工科 人才培養 CDIO教育理念

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.012

Exploration on the Training Mode of Robot Engineering Professionals

Based on CDIO Education Concept

TU Xikai[1]， LI Jialu[2]， WANG Yiju[1]

（[1]School of Mechanical Engineering， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei 430068;

[2]School of Industrial Design， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei 430068）

Abstract The robot engineering major is a new application-oriented specialty developed under the background of new engineering. From the perspective of CDIO education concept， the initiative of student learning is taken as the starting point， and the needs of robot engineering professionals are analyzed， combined with industry needs and Talent demand， explore the training mode of robot engineering professionals. Under the premise of mastering basic professional knowledge， further promote students' independent learning ability and innovation ability from project practice， and stimulate students' interest in learning， so as to cultivate more competitive industries. Innovative talent.

Keywords robot engineering; new engineering; talent cultivation; CDIO Education Concept

0 概述

機器人工程專業是在新工科的背景下興起的一個多學科交叉融合的新專業。它是在機械工程、控制科學與工程、電子信息與電氣工程、計算機科學等學科的基礎上建立起來的，同時與國家建設需求、國際發展趨勢和未來挑戰相互交叉共融發展。[1]響應國家發展趨勢以及行業人才需求，湖北工業大學機械工程學院與2018年成立機器人工程系，機器人工程專業包括工業機械臂、外骨骼機器人、智能小車以及無人飛行器，形成了完整的外形結構設計、電子電路設計、嵌入式開發、控制系統研發教學平臺，學校有多功能教學平臺，可進行工業/服務機器人的結構設計、智能控制理論及控制系統開發與應用、云平臺與云控制的設計開發、嵌入式與軟件設計開發、機器視覺設計與處理以及機器人運動學/動力學分析的教學活動。

CDIO是經過多年的國際工程教育改革的最新成果展示。CDIO縮寫的含義分別是：構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），其最顯著的優勢是提出了便于實際操作的12條標準，其中包括了能力培養、全面實施和檢驗測評等方面。[2]以學生為中心，為了激發學生學習的積極性和主動性，以項目為載體，通過項目實踐，與基礎專業課程有機的結合。CDIO培養大綱從工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面來衡量工程畢業生的能力，這種對工程專業人才能力的劃分同樣適用于機器人工程專業人才的培養模式，因此基于CDIO教育理念的新人才培養模式探索有助于加快我院機器人工程專業人才培養的建設。

1 機器人工程專業人才需求分析

機器人作為一個復雜的工程系統，需要綜合運用多學科交叉知識和技術，包括機械、電子、控制和通信等基礎理論知識和技能，涉及合理的機械結構、靈敏的感知認知、準確的動作控制以及和諧的人機交互等。

（1）國家建設需求。中國目前已經是機械工程制造大國，但與歐美、日韓等國家相比仍存在一定差距，接下來會向高技術，智能化的制造強國邁進，需要更加精密的加工技術手段以及高素質復合應用型人才，工業機器人、人工智能也是今后的發展趨勢。

（2）行業發展需求。到2020年，在信息技術產業、智能裝備、無人駕駛和機器人、新材料等專業的人才缺口將會增加，到2025年，高檔數控機床和機器人專業人才缺口將達到450萬人。教育部發布的《制造業人才發展規劃指南》[3]中指出，到2025年高檔數控機床和機器人領域所需人才總量將超過900萬人，人才缺口將達到約450萬人。不論是在智能機器人本體的設計研發及制造、還是在無人駕駛汽車等新興領域、智能制造業領域從事軟硬件等技術開發、產品測試等方面都需要復合型專業技術人才。

2 基于CDIO理念的創新人才培育方案

機器人工程是一門應用實踐性較強的專業，以學生為中心，為了激發學生的興趣和積極性，從基礎知識和專業知識能力的培養，再到通過實際項目和比賽對綜合實踐創新能力的培養，鍛煉了學生的自主學習的積極性以及擁有專業的技術知識以及實踐能力。

2.1 技術知識和推理能力培養

機器人工程專業作為一門跨學科實踐應用較強的新工科專業，從CDIO工程教育理念出發，以學生興趣為主體，以項目為依托，培養學生的實踐應用能力。第一學期首先進行通識教育必須課程的學習，其中包括計算機及網絡應用基礎、機器人工程導論、C語言程序設計等課程的學習。讓學生先對機器人工程專業有大致的理解與認識，并且掌握基礎知識有利于日后學習的側重。第二學期主要進行學科基礎課程的學習，如電路基礎模擬電子技術基礎自動控制原理和機電傳動與控制等。第三學期主要學習專業核心課程，如應用機器人學、機器人結構設計和機器人操作系統等。以學生為主體，通過課程中的教學演示，試驗演示等教學方法，設置問題引導學生進行積極的思考，使學生對基礎知識有更加深入的理解與認識，從而培養學生的創新意識、團隊協作能力和自主學習能力等。在教學設施方面學院可以引進高端的設備和軟件，可以在計算機上模擬教學，開闊學生視野，培養學生學習興趣和創新能力。

2.2 綜合實踐能力的培養

每學期在基礎知識學習的基礎上，融合基礎實踐、專業實踐、綜合實踐以及短學期實踐課程的學習。從基礎實踐層層遞進逐步培養學生的自學能力，團隊協作能力和協調能力。加強學生的實習動手能力，從實際項目出發，從“做中學”，以學生為整個實踐課程的主體，老師起引導輔助作用，引導學生獨立思考自主學習。對不同學生采用不同的引導式教學，確保不同層次和不同興趣的學生在各種實踐課程中都可以達到最佳的專業技能訓練與實際動手操作。充分發揮學生自主學習的積極性。在短學期實踐中，以項目和機器人擂臺賽為載體，鼓勵學生通過小組自由組合的形式，提高學生的溝通交流能力以及團隊協作能力，在團隊中，學生為主導，從機器人本體機械結構設計，以及軟件系統的開發，運用所學的機器人運動學，協同控制系統，單片機接口設計，嵌入式系統等，完成項目目標或比賽目標。并且通過模塊化的課程評價以及層級考核，更加全面系統的了解到每個學生對專業知識的掌握情況，以及實際動手操作實踐能力的評估，對后期學生自身的發展發向有一定的了解，可以讓學生自己更加了解自己的專業基礎能力與實踐能力，為以后職業規劃提供參考。

2.3 個人職業技能和職業道德培養

根據CDIO工程教育理念能力大綱中的個人職業技能和職業道德，機器人工程專業的人才培養需要考慮新工科多學科交叉融合的特點，不僅需要擁有扎實的專業基礎，掌握個人職業技能，而且需要有職業道德，正直，負有責任感。

（1）個人職業技能：掌握基礎工程理論知識，擁有分析問題解決問題的能力;對項目中出現的問題可以運用所學知識基礎解決防范以及方法建議;有較強的系統思維，整體思維，在解決問題時可以確定優先級和焦點，可以平衡整個項目中涉及到不同學科交叉問題和決策;具有創造性思維、批評性思維，有較強的時間管理能力和終身學習的意識，關注科技發展前沿動態，與時俱進，自省個人的知識、技能、態度等。[4]

（2）職業道德：在培養過程中要注重人文精神的熏陶，從機器人產品的設計、實現與運作中體現做人，強調做事和做人相結合，培養具備社會責任感、誠信、正直、專業素養強、創新能力強的專業人才。

3 結束語

在新工科背景下，全國各高校對機器人工程專業人才培養的模式上還在不斷的探索與改進。針對我校新辦的機器人工程專業的需求以及行業專業人才的需求，從CDIO工程教育模式角度出發，在專業課程和實踐課程的教學體系上，通過以學生為主的教育理念，培養學生的技術知識和推理能力，以及綜合實踐能力。老師起引導作用幫助培養學生的學習興趣，從實際項目和比賽中培養實踐動手能力，創新意識和組織溝通能力，從實踐中激發學生的自學能力和學習興趣。探索能夠從事機器人工程相關領域，智能制造業領域軟硬件開發、產品測試等工作的高質量，實踐能力強，專業知識扎實的多專業融合的復合型應用型人才。

基金項目：湖北工業大學博士啟動基金（BSQD2016051）

參考文獻

[1] 胡而已，唐超權.機器人工程新工科專業人才培養模式淺析[J].教育教學論壇，2019（32）：259-260.

[2] 薛永兵，趙風琴，劉振民.基于CDIO教育理念的應用型本科大學實踐教學體系的構建——為激發大學生創新動力的實踐教學研究[J].大學教育，2019（10）：176-179.

[3] http：//www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c5500114/content.html

[4] 吳文強，朱大昌，江帆，陳從桂，劉鎮章.機器人工程專業創新型人才培養方案探索[J].高教學刊，2017（15）：43-45.